Зачем врачу нужна биологическая химия

• Название: Зачем врачу нужна биологическая химия
• Анкор: Lektsii_po_Biokhimii_Timin_Oleg_Alexeevich.docx
• Дата: 21.12.2017
• Размер: 6.47 Mb.
• Имя файла: Lektsii_po_Biokhimii_Timin_Oleg_Alexeevich.docx
• Тип: Документы; #12377
• страница: 81 из 139

Активность ТАГ-липазы зависит от гормонов

Первое, что происходит при использовании нейтрального жира во время голодания и физической нагрузки – это активация фермента, отвечающего за отщепление первой жирной кислоты от триацилглицерола. Фермент называется гормон-чувствительная триацилглицерол-липаза или ТАГ-липаза.

Кроме ТАГ-липазы, в адипоцитах имеются еще диацилглицерол-липаза ( ДАГ-липаза) и моноацилглицерол-липаза (МАГ-липаза), активность которых высока и постоянна, однако в покое эта активность не проявляется из-за отсутствия субстрата. Как только в клетке после работы ТАГ-липазы появляются диацилглицеролы начинает работать постоянно активная ДАГ-липаза, продукт ее реакции моноацилглицерол (МАГ) является субстратом для МАГ-липазы. Образующиеся жирные кислоты и глицерол покидают клетку.

Гидролиз триацилглицеролов липазами жировой клетки

Для регуляции активности ТАГ-липазы обязательно наличие гормонального влияния (адреналин, глюкагон, соматотропин, инсулин и ряд других гормонов).

Активация триацилглицерол-липазы

Гормонзависимая активация ТАГ-липазы адипоцитов адреналиноми глюкагономпроисходит при напряжении организма (голодание, длительная мышечная работа, охлаждение). Активность ТАГ-липазы зависит главным образом от соотношения инсулин / глюкагон.

В целом последовательность событий активации липолиза выглядит следующим образом:

1. 
   Молекула гормона(адреналин, глюкагон, АКТГ) взаимодействует со своим рецептором.
   
2. 
   Активный гормон-рецепторный комплекс воздействует на мембранный G-белок.
   
3. 
   G-белок активирует фермент аденилатциклазу.
   
4. 
   Аденилатциклаза превращает АТФ в циклический АМФ (цАМФ) – вторичный посредник (мессенджер).
   
5. 
   цАМФ аллостерически активирует фермент протеинкиназу А.
   
6. 
   Протеинкиназа А фосфорилирует ТАГ-липазу и активирует ее.
   
7. 
   ТАГ-липаза отщепляетот триацилглицеролов жирную кислоту в 1 или 3 положении с образованиемдиацилглицерола(ДАГ).
   

Каскадный механизм активации ТАГ-липазы

Кроме гормонов, влияющих на активность аденилатциклазы через G-белки, существуют иные механизмы активации. Например, соматотропный гормон увеличивает количество аденилатциклазы, глюкокортикоидыспособствуют синтезу ТАГ-липазы.

Снижение активности ТАГ-липазы

Инсулинпрепятствует активации липолиза другими гормонами, т.к.

• 
  он активирует фермент фосфодиэстеразу, которая гидролизует цАМФ, что останавливает каскадную активацию ТАГ-липазы,
  
• 
  активирует протеинфосфатазы, дефосфорилирующие ТАГ-липазу .
  

Для сжигания жирных кислот существует свой путь

Окисление жирных кислот (β-окисление)

Для преобразования энергии, заключенной в жирных кислотах, в энергию связей АТФ существует метаболический путь окисления жирных кислот до СО₂ и воды, тесно связанный с циклом трикарбоновых кислот и дыхательной цепью. Этот путь называется β-окисление, т.к. происходит окисление 3-го углеродного атома жирной кислоты (β-положение) в карбоксильную группу, одновременно от кислоты отщепляется ацетильная группа, включающая С¹ и С² исходной жирной кислоты.

Элементарная схемаβ-окисления

Реакции β-окисления происходят в митохондрияхбольшинства клеток организма (кроме нервных клеток). Для окисления используются жирные кислоты, поступающие в цитозоль из кровиили появляющиеся прилиполизесобственных внутриклеточных ТАГ. Суммарное уравнение окисления пальмитиновой кислоты выглядит следующим образом:

Пальмитоил-SКоА + 7ФАД + 7НАД⁺ + 7Н₂O + 7HS-KoA → 8Ацетил-SКоА + 7ФАДН₂ + 7НАДН

Этапы окисления жирных кислот

1. Прежде, чем проникнуть в матрикс митохондрий и окислиться, жирная кислота должна активироваться в цитозоле. Это осуществляется присоединением к ней коэнзима А с образованием ацил-S-КоА. Ацил-S-КоА является высокоэнергетическим соединением. Необратимость реакции достигается гидролизом дифосфата на две молекулы фосфорной кислоты.

Реакция активации жирной кислоты

2. Ацил-S-КоА не способен проходить через митохондриальную мембрану, поэтому существует способ его переноса в комплексе с витаминоподобным веществом карнитином. На наружной мембране митохондрий имеется фермент карнитин-ацилтрансфераза I.

Карнитин-зависимый транспорт жирных кислот в митохондрию

Карнитин синтезируется в печени и почках и затем транспортируется в остальные органы. Вовнутриутробномпериоде и в первые годы жизни значение карнитина для организма чрезвычайно важно. Энергообеспечение нервной системы детскогоорганизма и, в частности, головного мозга осуществляется за счет двух параллельных процессов: карнитин-зависимого окисления жирных кислот и аэробного окисления глюкозы. Карнитин необходим для роста головного и спинного мозга, для взаимодействия всех отделов нервной системы, ответственных за движение и взаимодействие мышц. Существуют исследования, связывающие с недостатком карнитина детский церебральный паралич и феномен "смерти в колыбели".

3. После связывания с карнитином жирная кислота переносится через мембрану транслоказой. Здесь на внутренней стороне мембраны фермент карнитин-ацилтрансфераза II вновь образует ацил-S-КоА который вступает на путь β-окисления.

4. Процесс собственно β-окисления состоит из 4-х реакций, повторяющихся циклически. В них последовательно происходит окисление (ацил-SКоА-дегидрогеназа), гидратирование (еноил-SКоА-гидратаза) и вновь окисление3-го атома углерода (гидроксиацил-SКоА-дегидрогеназа). В последней, трансферазной, реакции от жирной кислоты отщепляется ацетил-SКоА. К оставшейся (укороченной на два углерода) жирной кислоте присоединяется HS-КоА, и она возвращается к первой реакции. Все повторяется до тех пор, пока в последнем цикле не образуются два ацетил-SКоА.

Последовательность реакций β-окисления жирных кислот

Расчет энергетического баланса β-окисления

При расчете количества АТФ, образуемого при β-окислении жирных кислот необходимо учитывать:

• 
  количество образуемого ацетил-SКоА – определяется обычным делением числа атомов углерода в жирной кислоте на 2.
  
• 
  число циклов β-окисления. Число циклов β-окисления легко определить исходя из представления о жирной кислоте как о цепочке двухуглеродных звеньев. Число разрывов между звеньями соответствует числу циклов β-окисления. Эту же величину можно подсчитать по формуле (n/2 -1), где n – число атомов углерода в кислоте.
  
• 
  число двойных связей в жирной кислоте. В первой реакции β-окисления происходит образование двойной связи при участии ФАД. Если двойная связь в жирной кислоте уже имеется, то необходимость в этой реакции отпадает и ФАДН₂ не образуется. Количество необразованных ФАДН₂ соответствует числу двойных связей. Остальные реакции цикла идут без изменений.
  
• 
  количество энергии АТФ, потраченной на активацию (всегда соответствует двум макроэргическим связям).
  

Пример. Окисление пальмитиновой кислоты

• 
  так как имеется 16 атомов углерода, то при β-окислении образуется 8 молекул ацетил-SКоА. Последний поступает в ЦТК, при его окислении в одном обороте цикла образуется 3 молекулы НАДН, 1 молекула ФАДН₂ и 1 молекула ГТФ, что эквивалентно 12 молекулам АТФ. Итак, 8 молекул ацетил-S-КоА обеспечат образование 8×12=96 молекул АТФ.
  
• 
  для пальмитиновой кислоты число циклов β-окисления равно 7. В каждом цикле образуется 1 молекула ФАДН₂ и 1 молекула НАДН. Поступая в дыхательную цепь, в сумме они "дадут" 5 молекул АТФ. Таким образом, в 7 циклах образуется 7×5=35 молекул АТФ.
  
• 
  двойных связей в пальмитиновой кислоте нет.
  
• 
  на активацию жирной кислоты идет 1 молекула АТФ, которая, однако, гидролизуется до АМФ, то есть тратятся 2 макроэргические связи или две АТФ.
  

Таким образом, суммируя, получаем 96+35-2 =129 молекул АТФ образуется при окислении пальмитиновой кислоты.